南极中山站二氧化碳和甲烷的监测与分析

【摘要】：大气中主要温室气体浓度近年来呈现加速上升的趋势,全球变暖与人类的生活息息相关,受到了全世界的高度重视。南极大陆远离人类居住区,受到的环境污染极少,是温室气体背景浓度监测的理想地区,可视为全球大气的本底。在第四次国际极地年(2008/2009)中国行动计划的支持下,我国中山站采用先进的测量仪器,对大气本底进行连续监测,获取各种大气成分本底资料。本文利用中山站2010-2013年CO2、CH4的在线观测数据和Flask瓶采样数据,结合温度、气压等相关气象要素资料以及NCAR/NCEP逐日再分析资料,先对在线观测数据进行筛选和剔除,经质量控制后,再对中山站C02和CH4的本底浓度、日变化、季节变化和年变化等特征进行初步的探讨和分析,同时将中山站的观测资料与南极其它代表站点的资料进行对比分析,得出了一些初步结果如下：中山站气象资料显示,南极中山站全年盛行偏东风,ENE、E和ESE的频率为83.1%,风速在0.5-15 m·s-1范围内出现频率最高,合计达到了94.7%。在中山站不同风向和风速的条件下C02浓度变化较小,仅在偏西风条件下略有升高,根据风向和风速剔除的可能产生局地污染的数据样本为1.7%；不论是全年还是各个季节,中山站CH4浓度在不同风向和风速条件下的分布都比较均匀,可能产生干扰的数据仅占1%。这说明风对中山站CO2、CH4浓度的影响不大,观测数据能够代表中山站的本底浓度。四个节季C02浓度和CH4浓度的平均日变化都很小,这是因为观测点夏季为露岩区,没有植被,其他季节被积雪覆盖,表明中山站CO2和cH4的在线观测没有局地源汇的影响。中山站C02浓度存在显著的季节变化,3月份出现最低值,11月达到最大浓度。从秋季至春末(3-11月)为CO2浓度的增长期,夏季(12-3月)为全年低值期。中山站与其它南极站C02月平均浓度的比较显示,各站的C02浓度的季节变化的特征基本相似,差异很小,年变化范围均在384-392ppm,近几年每年的增长率约为1.5-2.2 ppm/a。中山站CH4的FLASK瓶采样数据与现场连续观测数据之间具有很好的一致性,2008-2013年期间月平均浓度数据变化相当平稳,月平均值变化范围均在1722-1784 ppb之间,具有明显的季节变化和年际变化,呈现出稳定的增长趋势。各站CH4浓度均在2月份达到最低之后,开始逐渐升高,9月份为年度最大值,其后浓度又开始下降。季节变化与CH4源汇的季节变化特征密不可分,如大气环流的输送和南极植被源等。南极各站2008-2013年的CH4年平均浓度和增长速率的变化趋势比较一致,年平均变化范围均在1739-1767 ppb之间。南极中山站CH4浓度日平均序列存在一些波动,出现了一些连续的浓度低值,结合同一时间段的NCAR/NCEP再分析资料,我们推测,CH4浓度的低值与大气环流有关。气旋的经过,给站区输送了cH4含量较低的大气,从而引起中山站CH4浓度的下降。中山站C02浓度变化的月振幅在夏季明显偏高,中山站和South Pole站的日平均CO2浓度在夏季的波动都尤为明显,Syowa站也有类似现象,但波动变化并无明显规律。 【关键词】：南极中山站 在线观测 二氧化碳 甲烷 本底特征
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P412
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-21
• 1.1 大气化学的研究背景和重要意义9-10
• 1.2 研究南极大气成分特征的重要意义10-12
• 1.3 国内外研究进展12-20
• 1.3.1 大气本底监测的研究背景与发展12-16
• 1.3.2 二氧化碳的研究背景16-18
• 1.3.3 甲烷的研究背景18-20
• 1.4 研究内容20
• 1.5 技术路线20-21
• 第二章 中山站的监测环境和资料介绍21-27
• 2.1 观测地点21-22
• 2.2 观测系统22-23
• 2.3 资料介绍23-27
• 2.3.1 地面常规气象资料23-24
• 2.3.2 各站点的Flask资料24
• 2.3.3 NCAR/NCEP再分析数据资料24
• 2.3.4 在线观测资料24-27
• 第三章 二氧化碳的本底特征27-39
• 3.1 数据处理27-32
• 3.2 CO_2本底浓度的日变化特征32-33
• 3.3 CO_2本底浓度的季节变化特征33-35
• 3.4 与其它南极站点的FLASK数据对比35-36
• 3.5 本章小结36-39
• 第四章 甲烷的本底特征39-49
• 4.1 数据处理39-43
• 4.2 CH_4本底浓度的日变化特征43-44
• 4.3 CH_4本底浓度的季节变化特征44-46
• 4.4 CH_4本底浓度的年变化特征46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 个例分析49-57
• 5.1 甲烷浓度出现连续低值的个例分析49-53
• 5.2 二氧化碳浓度在夏季波动较大的个例分析53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 结论与讨论57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 创新点58
• 6.3 讨论58-59
• 参考文献59-67
• 个人简介67-69
• 致谢69

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